柔性基层的沥青路面结构力学研究.pdf

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1、束瑞(江苏开通建设工程有限公司，江苏淮安223001)摘要：根据常用的柔性基层材料，拟定了两种基层结构，对比分析其在不同温度下路表弯沉、面层层底拉应力与剪应力以及基层层底拉应力与剪应力的变化规律，从而探索最优路面结构形式组合。关键词：柔性基层；路面：结构力学Abstract：Basedonthecommonly—usedflexiblebasematerial。twokindsofbasicstructuresareproposed，whicharebasedonthetensionstressandtheshearstressindifferenttemperatu

2、restotoexploretheoptimal，combiningformpawement．Keywords：flexiblebase；pavement；structuremechanicsO引言我国对于柔性基层沥青路面的力学研究刚起步．对该类路面结构的破坏类型及破坏机理属于重点研究的课题．大量研究数据的积累还需要一个过程。虽然国外基于柔性基层沥青路面的修筑建立了大量的经验数据库．但由于国内外在地域地质条件、气候交通状况等方面存在很大的差异。需要自行积累相关经验数据。研究发现。影响柔性基层沥青路面的结构力学性能最主要的因素是外界环境的温度变化．导致沥青路面结构破坏的

3、主要因素是无规律反复作用的行车荷载及温度的交变作用。目前我国缺少用于指导控制公路沥青路面设计的指标参数。因此，准确分析柔性基层改性沥青路面在不同温度下的应力分布特性和变化规律．可以减少沥青路面病害．具有一定的工程实际意义。1路面结构方案柔性路面基层在荷载作用下具有较大的抗弯拉应变、较高的高温、力学性能，温度的变化对其体积影响不大．不易产生收缩开裂。本文设计两种柔性基层路面结构．即级配碎石和沥青稳定碎石基层结构。探索最优柔性路面结构组合形式(表1)。2路面结构力学分析采用BISAR3．0计算行车荷载在不同温度下两种柔性基层沥青路面结构的力学行为．分析比较应力变化规律．探

4、索最优柔性路面结构形式计算过程分为三个步骤：先计算出两种路面结构在不同路表温度下的温度场：其次根据标准温度20℃下的抗压回弹模量值推算不同温度场下各层材料的抗压回弹模量值：最后为不同温度下的应力和路表弯沉值。表1两种路面结构组合形式-30-_·；圭材垫星塑坠塑2．1温度场的计算假定两种基层沥青路面体内的基准温度为0℃，在基准状况下路表无温度变化．其路面体内温度依然为0℃。40em深处及以下的基层和垫层中．温度梯度变化趋于稳定．假定其温度也为O℃计算时路表温度取一20℃、一100℃、0℃、10℃、15℃、20℃：路面结构层内的温度场可以采用式(1)进行计算：死=耻暑^式

5、中：死为距离路表面h处的温度值；死为路表面温度：h为所求点至路表面的距离。按照公式(1)计算出各个路面结构层在不同路表温度下沿厚度分布的平均温度如表2所示。表2路面结构1和结构2各层中点位置平均温度2．2材料参数沥青混合料的抗压回弹模量值采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(jrGE20—2011)沥青混合料圆柱体。单轴压缩试验方法确定试验得到20℃下的抗压回弹模量值．其中泊松比取值参考公路设计手册。计算到标准温度20cC下的抗压回弹模量值．就可以推算其他温度的相应模量值．温度与反算模量之间的关系如式(2)FTh=To-{竽=10㈣粥‘脚’(2)Dp∞其中-p为温

6、度值。当温度为p时的抗压回弹模量值：E矗为温度为标准温度(20℃)时的抗压回弹模量值。2．3力学计算结果采用BISAR3．0计算两种柔性路面结构的路表弯沉值和各层层底拉压应力以及剪应力．本次计算选取轮隙中心为计算点．荷载采用双圆均布垂直荷载，且为标准轴载BZZ一100，轮载P=-25kN，轮压p=0．7MPa，半径d=0．1065m。层间接触状态为完全连续并轴为行车方向，y轴为横断面方向，z轴为路面结构深度方向计算时材料参数模量值、泊松比采用表3中给出的值。(1)路表弯沉是路基和路面结构层不同深度处竖向变形的总和．是表征路面结构总体刚度的指标．能够反映路面整体承载能力

7、和使用状况的好坏．两种路面结构路表弯沉各不相同。可以看出：两种路面结构的路表弯沉值随着温度升高逐渐增大．且为线性趋势，增价幅度相同．结构2路表弯沉略<结构1．在荷载与土基支承相同条件下。弯沉值越大，则结构总体刚度越小，其抗压入、抗弯曲与抗变形能力越小．则结构2刚度比结构1大，在这主要与两种路面结构基层材料、厚度有关。裹3路面结构1和结构2各结构层材料的抗压回弹模量注：级配碎石和天然砂砾的回弹模量取值与温度无关，仍取规范推荐值。一3l一(2)在行车荷载作用下路面结构内部水平方向会出现压应力和拉应力，根据《公路沥青路而设计规范》(JTGD50—2006)